500 kV變壓器純瓷套管漏油事故調(diào)查及防范措施

徐 鵬，吳 鵬，甘 強，崔光魯，郗 云

(1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，南京 211102； 2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，南京 211103)

0 引言

套管是變壓器的重要部件之一[1-5]，根據(jù)應(yīng)用電壓等級不同，變壓器套管可分為純瓷套管、充油套管和電容套管等[6-9]，目前純瓷套管在500 kV變壓器低壓側(cè)應(yīng)用較為普遍[10-12]。近年來主變因套管滲油問題被迫停運事件頻發(fā)，相伴隨而來的設(shè)備停役與電網(wǎng)運行方式變更，給相關(guān)地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了壓力，同時也給設(shè)備運維、檢修人員帶了新的難題[13-18]。

變壓器套管的性能和狀態(tài)是變電運檢工作關(guān)注的重點，對其當(dāng)前狀態(tài)的精準評估以及故障的正確診斷是變電運檢工作的一項重點工作[19-21]。在全社會用電量長期保持在高水平的大背景下，精確的故障診斷及相應(yīng)的防范措施具有格外重要的意義[22-25]。

本研究針對3起500 kV變壓器純瓷套管漏油事件展開調(diào)查，基于多種方法的綜合運用，研判了故障原因，并提出了相應(yīng)的技術(shù)防范措施，有望提升相關(guān)設(shè)備的專業(yè)管理水平，對同類型設(shè)備的工藝管控、故障診斷及運行維護具有一定的指導(dǎo)意義。

1 事故簡介

2018年5月，某500 kV變電站1號主變A相35 kV側(cè)a套管滲油，見圖1，平均一分鐘一滴?，F(xiàn)場對1號主變35 kV套管漏油情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)1號主變A相35 kV側(cè)a瓷套與法蘭膠裝面漏油，其它兩相正常，漏油相套管瓷套無明顯裂紋。

圖1 a瓷套漏油情況Fig.1 Oil leakage of a porcelain bushing

2020年5月，該變電站內(nèi)1號主變配合3號主變擴建工程停電期間，運維人員現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)1號主變A相35 kV側(cè)x套管根部法蘭與瓷套膠合處滲油，見圖2(a)；B相35 kV側(cè)b套管與升高座密封面滲油，見圖2(b)，經(jīng)現(xiàn)場檢查缺陷套管瓷套未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋、砂眼。

圖2 套管滲油情況Fig.2 The situation of oil leakage

初步判斷套管可能存在兩類問題：一是套管法蘭與瓷件連接面的粘接不牢固，導(dǎo)致密封墊圈的壓緊力不足，當(dāng)變壓器退出運行后本體油溫降低，在熱脹冷縮情況下密封墊進一步收縮，密封性能不佳造成滲漏油；二是瓷套根部位置瓷件局部有破損或者裂紋，經(jīng)設(shè)備運行逐步發(fā)展導(dǎo)致滲油，具體原因待套管瓷套拆下后進一步分析。

1號主變型號為ODFS-334000/500，出廠日期為2013年11月，于2014年5月投運；以上3只套管為同一批次產(chǎn)品，型號為BFW-40.5/5000，于2014年5月投運。

2 結(jié)構(gòu)分析

缺陷套管為40.5 kV純瓷套管，該套管有瓷套、半導(dǎo)電桿、法蘭組成，瓷套內(nèi)為空腔與變壓器聯(lián)通，半導(dǎo)電桿底部與變壓器繞組引線相連接。其中，法蘭套裝在瓷套上，內(nèi)部設(shè)置一道密封墊，其縫隙采用環(huán)氧填充澆注，上膠裝面涂抹有玻璃膠；密封墊提供法蘭與瓷套之間的密封，環(huán)氧提供瓷套和法蘭之間的緊固力，玻璃膠提供防水隔離。套管密封處的剖面結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 套管密封處的剖面結(jié)構(gòu)Fig.3 The section structure of casing sealing

3 解體檢查

3.1 a套管解體

檢查A相a套管瓷套和法蘭未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋、破損及砂眼，在法蘭與瓷套上膠裝面發(fā)現(xiàn)一處油跡，剝開表層玻璃膠封堵后發(fā)現(xiàn)明顯油跡，見圖4(a)，采用染色滲透劑噴涂下膠裝面，發(fā)現(xiàn)與上膠裝漏油位置對應(yīng)處存在滲透縫隙，見圖4(b)。

圖4 a套管解體Fig.4 The dismantling of bushing a

將法蘭局部切開，可以看出法蘭與瓷套之間的環(huán)氧膠裝存在明顯油跡，在瓷套和法蘭面之間存在一道密封墊。將法蘭完全切開，未見密封槽，檢查法蘭和瓷套密封面，平整光滑未見異常；檢查密封墊，表面完整、彈性正常，未見裂紋、老化等缺陷(切割痕跡及膠裝剝離痕跡除外)，見圖5。

圖5 x套管解體Fig.5 The dismantling of bushing x

3.2 x套管解體

剝開A相x套管瓷套和法蘭表層玻璃膠封堵后發(fā)現(xiàn)明顯油跡。刮掉A相x套管根部法蘭與瓷套膠合處防水膠，利用套管工裝對套管進行組裝，將漏油處完全浸入水中。

從工裝氣孔處充入0.2 MPa壓力，觀察滲漏現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)兩處滲漏點，見圖6。一處氣泡冒出速度約為53個/min，另一處約為10個/min，兩處滲漏點相距約3 cm。

圖6 兩處滲漏點Fig.6 Two leakage points

對滲漏處進行定位，隨后對滲漏處法蘭進行切割。檢查法蘭內(nèi)密封墊，發(fā)現(xiàn)該套管采用矩形密封墊，墊圈表面有較多貫穿性裂紋，在下瓷套和法蘭之間沒有密封槽(限位槽)。檢查法蘭與瓷套之間的環(huán)氧膠裝，發(fā)現(xiàn)鐵瓷結(jié)合處的環(huán)氧澆注材料呈小塊碎裂狀，見圖7。

圖7 環(huán)氧澆注材料碎片F(xiàn)ig.7 The fragment of epoxy casting material

3.3 b套管檢查

檢查B相b套管瓷套和法蘭未見異常，剝開表層玻璃膠封堵后進行密封試驗。B相b套管在0.2 MPa的氣壓下存在一處滲漏點，每分鐘約產(chǎn)生10個氣泡。檢查B相b套管底座密封墊，表面完整，未見裂紋，但彈性明顯不足，老化嚴重，見圖8。

圖8 b套管底座密封墊Fig.8 The sealing washer of busing b

4 原因分析

該純瓷套管法蘭套裝在瓷套上，內(nèi)部設(shè)置一道密封墊，密封墊提供法蘭與瓷套之間的主密封，密封面需要一定壓緊力來保持密封效果。套管內(nèi)部的油和外部空氣之間的隔絕路徑為“主密封+環(huán)氧材料+防水膠”，在主密封和環(huán)氧材料出現(xiàn)問題后，靠防水膠是無法阻止變壓器油外滲的。

對比同類型設(shè)備其他幾個廠家，主密封處均采用矩形圈或者O型圈加密封槽結(jié)構(gòu)。缺陷套管的主密封為矩形墊圈無密封槽，在墊圈受力不均時容易發(fā)生移位。套管的瓷件和法蘭采用樹脂澆注密封結(jié)構(gòu)方式，環(huán)氧澆注材料出現(xiàn)小塊碎裂情況是因為樹脂與固化劑配比及混合不均，導(dǎo)致澆注部位沒有完全徹底固化，在產(chǎn)品運行后溫度升高出現(xiàn)碎裂，最終導(dǎo)致密封墊局部壓緊力不足。

綜合以上套管結(jié)構(gòu)分析、解體情況，該500 kV變壓器35 kV側(cè)套管出現(xiàn)滲油原因為套管質(zhì)量問題。一是低壓套管瓷套和法蘭之間的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，是本次低壓套管缺陷的主要原因，該套管下瓷套和法蘭之間沒有密封槽(限位槽)，隨著運行時間的增加，密封圈逐漸產(chǎn)生裂紋、破損或者變形，造成滲油缺陷；二是套管法蘭與瓷套膠裝過程控制存在問題，導(dǎo)致它們之間的密封墊壓緊力不足或壓緊力局部不足，導(dǎo)致主密封失效，進而發(fā)生套管膠裝面滲漏油；三是B相35 kV側(cè)b套管與升高座密封面滲油是因為瓷套與變壓器法蘭之間的密封墊老化，導(dǎo)致此處密封性能不足造成逐步滲油。

5 結(jié) 論

本研究針對3起500 kV變壓器純瓷套管漏油事件展開調(diào)查，通過結(jié)構(gòu)分析和解體檢查，得出該變壓器低壓側(cè)套管漏油主要原因為套管質(zhì)量問題，屬于家族性缺陷。為避免此類事故再次發(fā)生，提升設(shè)備運行可靠性，提出如下防范措施：

1)加強同類型同批次套管巡視，重點關(guān)注滲漏油現(xiàn)象，開展紅外精確測溫，做好排查工作，提升主變安全運行水平。

2)及時消除隱患，梳理在運同廠、同批次套管，宜結(jié)合主變停電工作將同廠、同批次所有低壓套管全部更換。

3)廠家應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，瓷套和法蘭之間宜增設(shè)密封槽(限位槽)；改進環(huán)氧膠裝工藝，做好套管生產(chǎn)工藝過程控制和套管工廠內(nèi)檢漏。

4)在未確認廠家改進生產(chǎn)工藝、技術(shù)措施之前，應(yīng)慎重采購該型純瓷套管。